Buckregler Große Ströme stets im Griff

Der Leistungsverbrauch stellt einen wichtigen Faktor für
DC/DC-Wandler dar, die in industriellen und automotiven Applikationen zum Einsatz kommen. Denn dort werden große Ströme benötigt, der Platz hingegen erweist sich oft als sehr begrenzt. Zwar ist es möglich, mit diskreten Komponenten hocheffiziente Regler aufzubauen, das Ergebnis fällt jedoch vergleichsweise teuer und groß aus.

Linear Technology hat mit den Buckreglern LT8612/LT8613 eine kompakte Alternative entwickelt. Sie integrieren alle notwendigen Komponenten in einem IC (Integrated Circuit). Das reduziert die Ausmaße eines DC/DC-Wandlers, selbst wenn große Wandelverhältnisse gefordert sind. Um den Ausgangsstrom zu erhöhen und die Wärme und Last zu verteilen, lassen sich außer­dem mehrere ICs parallel schalten. Zu den weiteren Merkmalen der Regler zählen der sehr geringe Ruhestrom, der die Batterie­laufzeit maximiert, und die hohe Schaltfrequenz. Letzteres dient vor allem der Reduzierung der Gesamtlösung und damit der Gerätegröße. Außerdem lassen sich Störungen in bestimmten Frequenzbändern vermeiden.

LT8612/LT8613 sind monolithische Abwärtsregler für 42 V und 6 A. Der geringe Verbrauch der integrierten Leistungsschalter ermöglicht es, den Schalter, die Boost-Diode und die interne Kompensation sowie alle notwendigen Schaltkreise ohne Überhitzungsgefahr in einem kleinen, 3 mm × 6 mm abmessenden QFN-Gehäuse unterzubringen. Bei einer Eingangsspannung von 24 V erzeugt der LT8612 bis zu 30 W am Ausgang, wobei die Temperatur unter 50 °C bleibt. Am anderen Ende des Lastspek­trums, nutzen die beiden Regler den Low-Ripple-Burst-Mode-Betrieb mit erhöhter Effizienz bei sehr niedrigen Lastbedingungen.

Die minimalen On-Zeiten des LT8612 und LT8613 sinken bis auf 40 ns. Das ermöglicht große V_IN/V_OUT-Verhältnisse bei hohen Schaltfrequenzen. Bis 2,2 MHz reduzieren diese hohen Schaltfrequenzen Größe und Wert der Leistungsspule und des Ausgangskondensators. Die schnelle Spitzenstromarchitektur und das robuste Design der Schalter sorgt außerdem dafür, dass die Spule in Bezug auf die Lastbedingungen zuverlässig dimensioniert werden kann; denn es besteht keine Notwendigkeit, sicherheitshalber eine größere Spule einzusetzen.

Größere Lasten als 6 A sind in automotiven und industriellen Anwendungen nicht unüblich. Angesichts der relativ hohen Strombedingungen kann ein Mehrphasendesign den Ausgangsstrom erweitern. Der LT8613 verfügt etwa über einen eingebauten Rail-to-Rail-Stromfühlerverstärker mit Monitor- und Steuerpins, die die durchschnittlichen Eingangs- und Ausgangsströme präzise regeln. Die Stromschleife moduliert die interne Schaltstrombegrenzung so, dass die Spannung an den ISP/ISN-Pins nicht die am
ICTRL-Pin eingestellte Spannung übersteigt. Der IMON-Pin dient der Überwachung des durchschnittlichen Stroms an den ISP/ISN-Pins. Diese Merkmale erlauben eine akkurate Stromaufteilung ohne zusätzliche Steuerschaltkreise zwischen verschiedenen LT8613-ICs.

Der obige Schaltplan zeigt drei parallel geschaltete LT8613, die am Ausgang zusammen 16 A liefern: Der erste LT8613 ist der Masterregler mit einer auf 4 V eingestellten Ausgangsspannung. Die anderen beiden Regler arbeiten als Slaves mit einer Ausgangsspannung, die auf etwas mehr als 4 V eingestellt ist. Zur Stromaufteilung zwischen den drei Reglern ist der IMON-Pin des Masters mit den ICTRL-Pins der Slaves verbunden. Ein LTC6909-Oszillator synchronisiert die drei LT8613 in einem 3-Phasen-Takt (Phasenversatz von
120 Grad) mit 700 kHz.

Die Stromverteilung der drei Phasen verläuft zudem gleichförmig. Darauf deuten auch Wärmebilder des Designs hin, die eine einheitliche Temperatur der Regler zeigen. Falls es notwendig ist, die Stromverteilung zwischen den Phasen zu verändern – sie also nicht zu balancieren – muss nur der Wert des Fühlerwiderstandes zwischen den ISP- und ISN-Pins geändert werden.